Minerální palivo pro bezuhlíkovou energii na Zemi…a Měsíci

Vědci použili mikrogravitační experimenty ke studiu diskrétního spalování železného prášku, jehož výsledkem je nekonečně recyklovatelné bezuhlíkové skladování energie. To má slibné aplikace na Zemi a pro udržitelné lunární základny v budoucnosti.

Všechno hoří. Ve správném prostředí mohou všechny materiály hořet přidáním kyslíku, ale nalezení správné směsi a generování dostatečného tepla způsobuje, že některé materiály hoří snadněji než jiné. Výzkumníci, kteří se chtěli dozvědět více o typu požáru zvaném split burn, použili k prozkoumání zařízení Evropské vesmírné agentury pro experiment mikrogravitace.

V sérii parabolických letů a na sondážních raketách vypuštěných ze Švédska zkoumal tým profesora Jeffreyho Bergthorsona z McGill University v Kanadě a Eindhoven University of Technology v Nizozemsku spalování železného prášku v nulové gravitaci. Jejich výzkum byl čistě fyzikální, vědci se chtěli dozvědět více o diskrétním spalování, kde oheň nepropaluje palivo nepřetržitě, ale přeskakuje z jednoho zdroje paliva na druhý. Tento typ ohně se na Zemi přirozeně vyskytuje jen zřídka, ale jedním z takových příkladů je lesní požár, kdy jeden strom zcela shoří a oheň přeskočí na další, když se rozpálí natolik, že shořel.

Toto hypnotické video s popáleninami bylo natočeno během experimentu s parabolickým letem na palubě letadla Falcon-20 Kanadského národního výzkumného centra, které poskytuje výzkumníkům až osmnáct sekund vzácné nulové gravitace. Kredit: Perwaves Team

Spalování železného prachu při experimentech na letadlech s nulovou gravitací a raketových letech umožnilo železným částicím vznášet se a diskrétně se vznítit. Vysokorychlostní kamery zachytily scénu a umožnily výzkumníkům lépe porozumět jevu, výsledkem byly počítačové modely, které ukazovaly ideální podmínky pro spalování paliva na Zemi.

Věděli jste, že železo může hořet? Spalování zde znázorněného železného prášku probíhá bez kouře a uhlíku. Kredit: TU/e/Solid/Bart van Overbeeke

Oddělené spalování pro udržitelnou energii

S novým pochopením, které umožnil výzkum mikrogravitace, se stalo možné postavit účinné a praktické pece na spalování železa.

Výhoda spalování železa je dána chemií. Spalování paliva je v podstatě proces přeměny látky přidáním atomů kyslíku. To je důvod, proč paliva na bázi uhlíku produkují skleníkový plyn oxid uhličitý, když se do paliv na bázi uhlíku, jako je dřevo, uhlí nebo ropa, přidají dva atomy kyslíku. U železa je produktem po spalování oxid železa, běžněji známý jako rez. Nevzniká žádný oxid uhličitý a rezavé železo lze snadno sbírat, protože netvoří plyn – a spalováním železa nevznikají vůbec žádné škodlivé plyny.

Železnou rez lze dokonce ošetřit tak, aby se odstranil kyslík a vrátila se jako železo pomocí vodíku. Používáním elektřiny z udržitelných zdrojů se železo jako palivo může stát kruhovým úložištěm energie a nekonečně recyklovatelné.

Zkušební zařízení je již v provozu v Bodlu poblíž Eindhovenu v Nizozemí.S využitím železa jako zdroje paliva dokáže tento generátor vyrobit 1 megawatt páry v jednotce umístěné ve skladu. Rozšíření takové železné elektrárny by mohlo vyrobit více energie.

Mnoho startupů již hledá toto bezuhlíkové palivo pro elektrárny a průmyslové procesy.

Demonstrační závod na železářské pece. Kredit: Metallot

Z vesmíru na Zemi a pak na Měsíc

Zatímco se vesmírné agentury připravují na vybudování udržitelných lunárních základen, poskytování energie astronautům na Měsíci je pouze jednou z výzev, které je třeba překonat. Řešením by mohla být minerální paliva. Pomocí sluneční energie lze z měsíčních minerálů vyrábět nejen hliníkové a křemíkové prášky, ale také využít vodík a kyslík z měsíčního ledu. Vodík by pak mohl být použit k přeměně měsíčního prachu, který má vysoký obsah železa a titanu, na vodu a železný prášek. Minerální prášky a kyslík z vodního ledu lze použít jako pohonné hmoty pro rakety nebo pozemní dopravu a vedlejší produkt vody lze použít také jako pitnou vodu.

Umělcův dojem ze scénáře průzkumu Měsíce. Kredit: ESA-ATG

Tento proces může nyní znít jako sci-fi, ale používání železa jako zdroje paliva na Zemi začalo jako nápad teprve před deseti lety. Komunita minerálních paliv se nyní rozšiřuje na stovky vědců a inženýrů po celém světě a představuje technologii majáku pro uhlíkově neutrální alternativní paliva. V nepříliš vzdálené budoucnosti možná naplníte své auto nebo dům železem!

Minerály lze vyrábět pomocí čisté energie, jako jsou solární články nebo větrné turbíny. Elektřina je uložena jako chemická energie v kovovém prášku s hustotou energie srovnatelnou s fosilními palivy. To má potenciál snížit emise skleníkových plynů na celém světě, ale překážkou pro implementaci této technologie je vývoj spalovacích systémů, které dokážou efektivně spalovat minerální paliva, což vyžaduje důkladné pochopení fyziky spalování. Kredit: ESA – Evropská kosmická agentura